C++中创建持久对象的方法

持久对象（persistent
objects）广泛应用于游戏、分布式数据库系统、多媒体以及图形应用程序中。目前C++并不直接支持持久性（persistence）（但有一些在
C++未来版本中添加持久性和反射（reflection）的建议）。持久对象可以在创建它的程序的作用域之外保持自身状态。把对象写入一个文件并在以后
重建之，或者把对象传送到一台远程机器，就是这样的例子。对持久性的支持并不象第一眼看上去那样简单，同一对象的大小和内存布局在不同的平台上可能并不相
同，而不同的字节次序（byte
ordering），或称为endian-ness，使事情更加复杂化。在下文中我将讨论如何实现持久性，而无须求助于DCOM和
CORBA之类的第三方框架。对于小型和可移植的应用程序而言，这是一种有效并令人满意的方案。



序列化（serialization）基础



为了使一个对象持久存在，必须把它的状态保存在非易失的存储设备中。考虑一个录制和播放MP3文件的应用程序，每首单曲都表示为一个包含标题、唱片、歌
手、时间、速率、录制日期以及相应的
MP3文件的对象，该应用程序在跟踪列表中显示最近播放的曲目。你的目标是通过序列化，也就是把对象写入一个文件，使MP3对象成为持久对象，同时通过反
序列化（deserialization）在下一个 session中重建这些对象。



序列化内置数据类型



每个对象最终都由内置数据成员组成，如int， bool，
char[]等等。你的第一个任务是把这样的类型写入一个输出文件流（ofstream）中。应用程序必须这些值存储为相应的二进制形式，基于这个目的，
应使用write（） 和read（） 成员函数。write（）
以某个变量的地址和大小为参数，把该变量的位模式写入一个文件流中。read（）的两个参数为char*和long类型，分别指示内存缓冲区的地址和字节
大小。下面的例子演示如何在ofstream中保存两个整数：



#include <fstream>

using namespace std;

int main()

{

int x,y; // mouse coordinates

// ..assign values to x and y

ofstream archive("coord.dat", ios::binary);

archive.write(reinterpret_cast<char *>(&x), sizeof (x));

archive.write(reinterpret_cast<char *>(&x), sizeof (x));

archive.close();

}



使用reinterpret_cast<>是必要的，因为write（）的第一个参数类型为const char*，但&x和&y是int*类型。



以下代码读取刚才存储的值：



#include <fstream>

using namespace std;



vint main()

{

int x,y;

ifstream archive("coord.dat");

archive.read((reinterpret_cast<char *>(&x), sizeof(x));

archive.read((reinterpret_cast<char *>(&y), sizeof(y));

}



序列化对象



要序列化一个完整的对象，应把每个数据成员写入文件中：



class MP3_clip

{

private:

std::time_t date;

std::string name;

int bitrate;

bool stereo;

public:

void serialize();

void deserialize();

//..

};



void MP3_clip::serialize()

{

int size=name.size();// store name's length

//empty file if it already exists before writing new data

ofstream arc("mp3.dat", ios::binary|ios::trunc);

arc.write(reinterpret_cast<char *>(&date),sizeof(date));

arc.write(reinterpret_cast<char *>(&size),sizeof(size));

arc.write(name.c_str(), size+1); // write final '/0' too

arc.write(reinterpret_cast<char *>(&bitrate),

sizeof(bitrate));

arc.write(reinterpret_cast<char *>(&stereo),

sizeof(stereo));

}



实现deserialize（） 需要一些技巧，因为你需要为字符串分配一个临时缓冲区。做法如下：

void MP3_clip::deserialize()

{

ifstream arce("mp3.dat");

int len=0;

char *p=0;

arc.read(reinterpret_cast<char *>(&date), sizeof(date));

arc.read(reinterpret_cast<char *>(&len), sizeof(len));

p=new char [len+1]; // allocate temp buffer for name

arc.read(p, len+1); // copy name to temp, including '/0'

name=p; // copy temp to data member

delete[] p;

arc.read(reinterpret_cast<char *>(&bitrate),

sizeof(bitrate));

arc.read(reinterpret_cast<char *>(&stereo),

sizeof(stereo));

}



性能优化



你可能会感到迷惑，为什么不把整个对象一次性转储到文件中，而必须对每个数据成员进行序列化呢？换句话说，难道不能用下面的方式实现serialize（） 吗？

void MP3_clip::serialize()

{

ofstream arc("mp3.dat", ios::binary|ios::trunc);

arc.write(reinterpret_cast<char *>(this),sizeof(*this));

}



不行，不能这样做。这种方式至少存在两个问题。通常，当被序列化的对象还包含其它一些对象时，你不能简单地把该对象转储到一个文件中并指望以后从中重建一
个有效的对象。在我们的例子中，外层对象包含一个std：：string成员，一个浅拷贝（shallow
copy）操作会把std：：string成员归档，但其值是时变的，意思是说每次运行程序时都可能改变。更糟的是，由于std：：string事实上并
不包含一个字符数组，而是一个指针，使用浅拷贝试图重建原始字符串是不可能的。为克服这个问题，程序没有序列化string对象，而是归档其含有的字符和
长度。一般来说，指针，数组和句柄应以相同的方式进行处理。



另一个问题设计到多态对象。每个多态对象都含有一个vtpr，即一个指向虚拟函数地址分配表的隐藏指针。vtpr的值是时变的，如果你把整个多态对象转储
到一个文件中，然后强行把归档后的数据添加到一个新的对象上，则其vptr可能无效并导致未定义的行为。再次提醒，解决方案是只对非时变的数据成员进行序
列化和反序列化。另一种方法是计算vptr的确切偏移量，在从文件重建对象时不要动它。记住，vptr的位置是与实现相关的，因此这样的代码是不可移植
的。